[发明专利]一种含氮氧煤矿瓦斯提纯分离液化工艺及提纯分离液化系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种含氮氧煤矿瓦斯的煤矿瓦斯提纯分离液化工艺及提纯分离液化系统，属于化工和低温技术领域。

背景技术

中国的煤层气总资源储量达36.8万亿立方米，居世界第三位，可采储量约为10万亿立方米。由于煤层气开采方式的不同，煤层气中CH₄浓度会显著不同。煤矿瓦斯（Coal Mine Methane, CMM）是指通过井下煤层气抽采系统和地面输送系统，开采出的CH₄浓度多在30%~80%之间的煤层气，属于非常规天然气。由于煤层气抽采过程中混入大量含有氮氧的空气成份，具有燃烧爆炸危险。煤矿瓦斯已经成为矿井发生瓦斯爆炸事故的有害根源。据国家安全生产监督管理局统计，2000年~2004年一次死亡30人以上的重大煤矿事故共71起，其中因煤矿瓦斯爆炸的事故达29起，约占煤矿重大事故的40.8%。

煤矿瓦斯既是一种非常规天然气，又是一种主要的温室气体。煤矿瓦斯资源的综合利用对于改善和优化能源结构、保障煤矿安全生产、降低煤矿生产成本、减少大气污染，有重要的社会、经济和环境意义。由于我国煤矿大多数分布在偏远地区，而天然气消费市场主要集中在东部沿海地区，并且远离煤层气气源区。采用煤矿瓦斯液化装置可以有效克服长途铺设管线耗资大，覆盖地区有限，且不具备储存和调峰能力的缺点。因此，含氮氧煤矿瓦斯提纯分离液化工艺的研究为煤矿瓦斯的综合利用提供了新的途径，具有重大的工程应用价值。

目前，已经有多种关于煤层气液化分离工艺的专利。例如：申请号为200610080889.4、200620115881.2、200620122543.1的专利皆采用先对含氮氧煤层气增压后，通过分子筛脱二氧化碳、水和部分的氧气，然后通过氮膨胀液化冷却，最后去低温精馏塔脱氮氧，生产LNG产品。上述三个专利中，含氮氧煤矿瓦斯先增压后脱氧，在压缩和后续脱氧过程中，存在燃烧爆炸的危险；采用分子筛吸附法脱除二氧化碳，很难达到50ppm（V/V）以下，容易造成液化冷箱的冻堵；采用氮膨胀制冷，能耗高。200610080889.4、200620115881.2专利采用双级低温精馏塔，需要设置独立的冷凝器，设备多，流程复杂；由于氧气需要在精馏塔内完全分离出，致使精馏塔内上述的气相中CH₄浓度的变化将穿越上下爆炸极限区域，存在爆炸的危险。200620122543.1专利采用单级低温精馏塔，需要单独设置冷凝器，并且从塔中部侧抽出含CH₄的混合气体放空，浪费了资源。申请号为200910056339.2的专利采用变压吸附的方法浓缩煤层气中CH₄，然后液化生产LNG产品。该专利要求煤层气必须先增压，然后通过变压吸附浓缩CH₄，得到的解吸气为常压煤层气、然后再经过多级压缩，能耗高；而且在变压吸附过程中，CH₄在吸附剂内吸附，其浓度的变化必然穿越爆炸极限区域，存在爆炸的危险。申请号为200810229999.1的专利采用闪蒸的方法分离氮气，闪蒸气中携带大量烃类放空，CH₄回收率低，LNG浓度低。申请号为201010155466.0的专利采用多步分馏和气液分离脱氮氧，设置了一个双级精馏塔、一个脱氮塔、3台低温液体泵，设备多、投资大、系统复杂、不易操作维护。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种有利于大规模煤矿瓦斯的回收利用，生产LNG，减少煤矿事故与环境污染的含氮氧煤矿瓦斯提纯分离液化工艺及提纯分离液化系统。

    为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案：一种含氮氧煤矿瓦斯提纯分离液化工艺，该工艺包括如下工序：

    a前置脱氧工序，在煤矿瓦斯集中后进行脱氧处理，它采用催化燃烧脱氧装置进行脱氧处理；

    b增压冷却工序，脱氧后的煤矿瓦斯经压缩机增压到4.0MPa~5.0MPa，100℃~120℃，然后再冷却到40℃；

    c深度脱酸性气体工序，采用化学吸收方法深度脱除煤矿瓦斯中的酸性气体；

    d深度脱水干燥工序，采用三塔吸附深度脱水工艺进行深度脱水干燥，所述的吸附剂采用4A分子筛，干燥后的煤矿瓦斯露点温度小于-70℃；

    e深度脱汞过滤工序，采用充满载硫活性炭的脱汞塔脱除煤矿瓦斯中可能携带的汞，再采用粉尘过滤器过滤掉分子筛或活性炭的粉末；